RYCHLOST ŠÍŘENÍ VLNY: FAKTORY A MĚŘENÍ - FYZICKÝ - 2025

Rychlost šíření vlny je velikost, který měří rychlost, kterou vyrušování vlna šíří podél jeho posunutí. Rychlost, při které se vlna šíří, závisí na typu vlny i na médiu, kterým se šíří.

Logicky se vlna, která se pohybuje vzduchem, nebude pohybovat stejnou rychlostí jako vlna, která se pohybuje po zemi nebo po moři. Podobně seismická vlna, zvuk nebo světlo nepostupují stejnou rychlostí. Například ve vakuu se elektromagnetické vlny šíří rychlostí světla; to znamená, 300 000 km / s.

V případě zvuku ve vzduchu je jeho rychlost šíření 343 m / s. Obecně platí, že u mechanických vln závisí rychlost materiálu materiálem hlavně na dvou charakteristikách média: jeho hustotě a jeho tuhosti. V každém případě se obecně rychlost vztahuje k hodnotě vlnové délky a periody.

Vztah lze vyjádřit matematicky prostřednictvím kvocientu: v = λ / T, kde v je rychlost vlny měřená v metrech za sekundu, λ je vlnová délka měřená v metrech a T je perioda měřená v sekundě.

Jak se měří?

Jak již bylo zmíněno, rychlost vlny je obecně určena vlnovou délkou a periodou.

Proto, vzhledem k tomu, že perioda a frekvence vlny jsou nepřímo úměrné, lze také říci, že rychlost závisí na frekvenci vlny.

Tyto vztahy lze vyjádřit matematicky takto:

v = λ / T = λ ∙ f

V tomto výrazu f je frekvence vlny měřená v Hz.

Takový vztah je jen dalším způsobem vyjádření vztahu mezi rychlostí, prostorem a časem: v = s / t, kde s představuje prostor, který prochází pohybující se tělo.

Proto, aby bylo možné znát rychlost, jakou se vlna šíří, je nutné znát její vlnovou délku a její periodu nebo frekvenci. Z výše uvedeného jasně vyplývá, že rychlost nezávisí na energii vlny nebo její amplitudě.

Například, pokud chcete měřit rychlost šíření vlny podél lana, můžete to udělat tak, že určíte čas potřebný k narušení přechodu z jednoho bodu na lano do druhého.

Faktory, na kterých závisí

Nakonec bude rychlost šíření vlny záviset jak na typu vlny, tak na charakteristikách média, kterým prochází. Níže jsou uvedeny některé konkrétní případy.

Rychlost šíření příčných vln v řetězci

Velmi jednoduchým a velmi grafickým příkladem k pochopení toho, jaké jsou faktory, na nichž rychlost vlny normálně závisí, je rychlost příčných vln postupujících podél řetězce.

Následující výraz umožňuje určit rychlost šíření těchto vln:

v = √ (T / μ)

V tomto výrazu μ je lineární hustota v kilogramech na metr a T je napětí řetězce.

Rychlost šíření zvuku

Zvuk je zvláštním případem mechanické vlny; proto vyžaduje prostředky, aby se mohly pohybovat a nebyly schopny tak učinit ve vakuu.

Rychlost, kterou zvuk prochází materiálem, bude funkcí charakteristik média, kterým je přenášen: teplota, hustota, tlak, vlhkost atd.

Zvuk se pohybuje rychleji v tělesech v pevném stavu než v kapalinách. Stejně tak se pohybuje rychleji v kapalinách než v plynech, takže se pohybuje rychleji ve vodě než ve vzduchu.

Konkrétně, jeho rychlost šíření ve vzduchu je 343 m / s, když je při teplotě 20 ° C.

Rychlost šíření elektromagnetických vln

Elektromagnetické vlny, které jsou typem příčných vln, se šíří vesmírem. Proto nevyžadují pohybové prostředky: mohou cestovat prázdnotou.

Elektromagnetické vlny se pohybují rychlostí asi 300 000 km / s, i když v závislosti na rychlosti jsou seskupeny do kmitočtových rozsahů, které tvoří tzv. Elektromagnetické spektrum.

Řešená cvičení

První cvičení

Najděte rychlost, kterou příčná vlna prochází lanem o délce 6 m, pokud je napětí v laně 8 N a jeho celková hmotnost je 12 kg.

Řešení

První věc, kterou je třeba vypočítat, je lineární hustota řetězce:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Jakmile je to hotovo, je možné určit rychlost šíření, za kterou je nahrazen ve výrazu:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druhé cvičení

Je známo, že frekvence hudební noty je 440 Hz. Určete, jaká je její vlnová délka jak ve vzduchu, tak ve vodě, s vědomím, že její rychlost šíření ve vzduchu je 340 m / s, zatímco ve vzduchu voda dosahuje 1400 m / s.

Řešení

Pro výpočet vlnové délky řešíme λ z následujícího výrazu:

v = λ ∙ f

Získá se: λ = v / f

Nahrazením dat z výpisu jsou dosaženy následující výsledky:

A _vzduch = 340/440 = 0,773 m

A _voda = 1400/440 = 3,27 m

Reference

1. Vlna (nd). Na Wikipedii. Citováno z 19. května 2018, z es.wikipedia.org.
2. Rychlost fáze (nd). Na Wikipedii. Citováno z 19. května 2018, z en.wikipedia.org.
3. Rychlost zvuku (nd). Na Wikipedii. Citováno z 19. května 2018, z en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fyzika a chemie. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Pochopení fyziky. Birkhäuser.
6. French, AP (1971). Vibrace a vlny (úvodní fyzikální řada MIT). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.